Die Erde ist umgeben von einer Magnetfeldblase, die den Planeten gegen elektrisch geladene Teilchen aus dem Kosmos abschirmt. Treffen die irdischen Magnetfeldlinien jedoch auf entgegengesetzte Magnetfeldlinien etwa der Sonne, können sich die Felder umarrangieren. Dies haben Forscher nun erstmals direkt beobachtet.

Eine Flottille von vier Raumsonden hat erstmals direkt beobachtet, wie Magnetfeldlinien der Erde und der Sonne aufbrechen und sich neu verbinden. Bei dieser sogenannten magnetischen Rekonnexion kann sehr viel Energie frei werden, die explosive Prozesse wie geomagnetische Stürme antreibt. Ein internationales Forscherteam stellt die Messungen mit den MMS-Satelliten der US-Raumfahrtbehörde Nasa im Fachblatt "Science" vor.

Ein Physiker erklärt im Interview, warum Zeitreisen aus wissenschaftlicher Sicht nicht ausgeschlossen sind.

Die Erde ist umgeben von einer Magnetfeldblase, die den Planeten etwa gegen schnelle, elektrisch geladene Teilchen aus dem Kosmos abschirmt. Wenn die irdischen Magnetfeldlinien jedoch auf andere, entgegengesetzte Magnetfeldlinien etwa der Sonne treffen, können sich die Felder umarrangieren und die Feldlinien sich neu verbinden. Bei dieser Rekonnexion werden typischerweise subatomare Teilchen wie Elektronen stark beschleunigt.

Die magnetische Rekonnexion ist ein zentraler Faktor für das sogenannte Weltraumwetter, das Satelliten und Astronauten im Erdorbit, aber auch etwa Kommunikation und Stromnetze auf dem Erdboden beeinflussen kann.

"Magnetische Rekonnexion führt zu Ereignissen wie Sonnenausbrüchen und Polarlichtern", erläutert der an der Untersuchung beteiligte Wissenschaftler Paul Cassak von der West Virginia University in einer Mitteilung seiner Hochschule. "Ihre Nachwirkungen sind leicht zu sehen, aber Wissenschaftler waren bis jetzt nicht in der Lage, den Ort, an dem es passiert, direkt zu beobachten."

Nasa erforscht Magnetosphäre der Erde

Um die Dynamik der Magnetosphäre der Erde besser zu erforschen, hat die Nasa im vergangenen Jahr die Magnetospheric Multiscale (MMS) Mission (Magnetosphärische-Multiskalen-Mission) gestartet. Sie besteht aus vier Satelliten, die in einer Pyramidenformation um die Erde kreisen. Am 16. Oktober 2015 flog das Quartett genau zur richtigen Zeit durch das Herz einer Rekonnexions-Region. Die Forscher bemerkten einen plötzlichen Anstieg der elektrischen Leistung durch die stark beschleunigten Elektronen.

"Das war der 'rauchende Colt' der Rekonnexion", betont der MMS-Chefwissenschaftler und Hauptautor der Studie, James Burch vom Southwestern Research Institute im texanischen San Antonio. "Es war theoretisch vorhergesagt, vor MMS aber noch nie beobachtet worden."

Die Satelliten konnten die Umwandlung von magnetischer Energie in Teilchenenergie direkt messen. Die Rekonnexion habe dabei eine Leistung wie zehn Millionen 200-Watt-Solarmodule erreicht, berichten die Forscher. Das entspricht einem großen Kraftwerk. Außerdem ließ sich die Mischung elektrisch geladener Teilchen von der Innen- und der Außenseite der Magnetfeldblase direkt messen. Das bestätige, dass eine Rekonnexion stattgefunden habe, erläutern die Wissenschaftler.

Sie erwarten, mit Messungen wie dieser das Phänomen der magnetischen Rekonnexion besser zu verstehen. Denn die Ursachen für das Aufbrechen der Magnetfeldlinien lassen sich Cassak zufolge wegen der kleinen Skalen im Labor kaum bestimmen.

"Wenn Wissenschaftler MMS nutzen können, um zu verstehen, was auf kleinen Skalen in der Magnetosphäre vor sich geht, können sie dieses Wissen auch auf andere Bereiche anwenden, bei denen die Rekonnexion eine wichtige Rolle spielt, vom Weltraumwetter bis zu Kernfusionsanwendungen im Labor."  © dpa